网约车计程检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质
阅读说明：本技术 网约车计程检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质 (Network car appointment taxi detection method, system, device and computer readable storage medium ) 是由 张�杰 曹相 陈倩倩 徐磊 高旺 潘树国 刘宏 黄雪莲 于 2021-10-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了网约车计程检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质,方法包括：基于卫星导航系统GNSS基准接收机差分定位与惯性导航系统INS进行组合定位,解算出真实环境下车辆载体的高精度离散点定位结果；利用所述高精度离散点定位结果,结合车道电子地图,进行车辆行驶轨迹的里程恢复,得到基准里程；将所述基准里程与网约车终端计程结果进行对比,得到网约车计程误差。本发明能够为网约车计程提供准确的比较基准,从而实现真实动态路测环境下的计程检测；通过导入组合定位结果文件和输入网约车端计程结果,可直接计算出基准里程,从而获得网约车端的计程误差；本发明不仅能保证定位的精确性和连续性,而且提高了计程效率。(The invention discloses a network car appointment taxi detection method, a system, a device and a computer readable storage medium, wherein the method comprises the following steps: performing combined positioning based on a satellite navigation system GNSS reference receiver differential positioning and an inertial navigation system INS, and solving a high-precision discrete point positioning result of a vehicle carrier in a real environment; recovering the mileage of the vehicle running track by utilizing the high-precision discrete point positioning result and combining a lane electronic map to obtain a reference mileage; and comparing the reference mileage with the network taxi appointment terminal mileage result to obtain a network taxi appointment mileage error. The invention can provide accurate comparison reference for network taxi appointment, thereby realizing taxi metering detection in a real dynamic drive test environment; by importing the combined positioning result file and inputting the network taxi appointment end distance metering result, the reference distance can be directly calculated, and the distance metering error of the network taxi appointment end is obtained; the invention not only can ensure the accuracy and continuity of positioning, but also can improve the metering efficiency.)
技术领域
本发明属于车辆里程检测技术领域，具体涉及网约车计程检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着互联网以及移动智能终端的普及应用，网络预约出租车（以下简称“网约车”）逐渐成为公众出行的重要方式之一，已成为智慧民生的重要组成部分。网约车通过记录车辆服务过程的行驶距离和行驶时间实现用户乘车的计费，准确的计程是网约车合理收费和规范服务的重要保障。目前市场中网约车计程通常采用手机端定位服务，即采用手机内置的低成本定位模块和电子地图进行计程计时。然后，由于手机定位通常采用消费级的导航定位模块，在城市环境中存在显著的定位不准问题，在建筑密集区、隧道等复杂环境下甚至无法完成定位，并进一步造成低速计时存在较大的偏差，由此导致的计程计时不准问题时有发生。对网约车的计程计时系统进行检测是规范其服务的迫切需求，为此，国家卫星导航定位与授时产业计量测试中心于2016年起草并发布四项网约车计程计时规范，其明确计程误差应在-4%-+1%。
运动场景下的计程检测需要精度更高的检测基准，且需保证待检终端与基准系统在同一路径、同一观测环境下进行；而目前国内外关于网约车计程的量化检测问题研究较少，仅可见采用实验室模拟器法对计程终端进行检测，通过场景库数据事后回放的方式，实现对智能手机计程精度的检测。但是由于预先采集的场景库数据并非手机天线实时捕获的真实数据，可能造成手机计程精度过优的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种网约车计程检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质，在建筑密集区、隧道等复杂环境下，为网约车终端计程检测提供基准，不仅能保证定位的精确性和连续性，而且提高了计程效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的网约车计程检测方法，包括以下步骤：
基于卫星导航系统GNSS基准接收机差分定位与惯性导航系统
INS进行组合定位，解算出真实环境下车辆载体的高精度离散点定位结果；
利用所述高精度离散点定位结果，结合车道电子地图，进行车辆行驶轨迹的里程恢复，得到基准里程；
将所述基准里程与网约车终端计程结果进行对比，得到网约车计程误差。
上述高精度离散点定位结果的解算方法如下：
首先，利用所述惯性导航系统INS的运动模型方程，以东北天坐标系为导航坐标n系建立INS位置、速度、姿态误差更新方程：
；
式中，上标·表示微分量，上标和下标中的i、e和b分别表示惯性系、地心地固坐标 系和载体系，n表示导航系（采用东北天坐标系）；、、分别表示位置、速度、姿态误 差向量；表示从惯性坐标系到导航坐标系的刚体旋转矩阵，表示比力向量，表示 在导航系下的重力误差向量，表示从e系到n系的旋转向量，表示从i系向e系的旋 转向量，表示从b系到n系的旋转矩阵；表示加计在载体坐标系下的偏置，表示陀螺 仪在载体坐标系下的偏置；
然后，利用松耦合模型和卡尔曼滤波将GNSS差分定位结果与INS进行组合定位，包含状态方程和观测方程两部分，所述状态方程为：
；
表示当前时刻状态参数，表示上一时刻状态参数，F表示两个时刻的状态 转移矩阵；表示系统噪声矩阵；G表示噪声分配矩阵，包含了状态向量相关的方差；
松耦合系统观测方程中输入量Z为位置测量值和速度观测值，方程式为：
Z=；
其中，表示惯导解算出的位置，表示卫星定位的位置，表示惯导解算 出的速度，表示卫星定位计算速度；
最后，利用式（2）和式（3）进行卡尔曼滤波解算，即可得到车辆载体的高精度离散点定位结果。
上述车辆行驶轨迹的里程恢复方法如下：
采用直线连接计算出两点之间的距离，并对局部线段的距离求和得到里程Lp：
Lp= （4）；
其中，i表示第i个定位点，m表示定位点数量， 分别表示第i+1和第i个点的空间三维坐标；
当所述高精度离散点定位结果存在误差时，还需采用结合车道电子地图的方式，获得局部路段的起点和终点，随后依据与式（4）相同的计算方式获得局部受限路段的里程Lm，最终，基准里程L计算为：
L= Lp+Lm（5）。
上述局部路段的起点和终点的获得方法如下：
由方差满足精度的最后一个点和受限区域恢复后的第一个点投影至电子地图上的垂直点获得。
将预设的网约车终端计程结果N与式（5）中获得的基准里程L进行对比，即获得网 约车计程误差：
。
本发明的网约车计程检测系统，包括定位结果计算模块，用于基于卫星导航系统GNSS基准接收机差分定位与惯性导航系统INS进行组合定位，解算出真实环境下车辆载体的高精度离散点定位结果；
基准里程计算模块，利用所述高精度离散点定位结果，结合车道电子地图，进行车辆行驶轨迹的里程恢复，得到基准里程；
计程误差计算模块，用于将所述基准里程与网约车终端计程结果进行对比，得到网约车计程误差。
上述高精度离散点定位结果的解算方法如下：
首先，利用所述惯性导航系统INS的运动模型方程，以东北天坐标系为导航坐标n系建立INS位置、速度、姿态误差更新方程：
；
式中，上标·表示微分量，上标和下标中的i、e和b分别表示惯性系、地心地固坐标 系和载体系，n表示导航系（采用东北天坐标系）；、、分别表示位置、速度、姿态误 差向量；表示从惯性坐标系到导航坐标系的刚体旋转矩阵，表示比力向量，表示 在导航系下的重力误差向量，表示从e系到n系的旋转向量，表示从i系向e系的旋 转向量，表示从b系到n系的旋转矩阵；表示加计在载体坐标系下的偏置，表示陀螺 仪在载体坐标系下的偏置；
然后，利用松耦合模型和卡尔曼滤波将GNSS差分定位结果与INS进行组合定位，包含状态方程和观测方程两部分，所述状态方程为：
；
表示当前时刻状态参数，表示上一时刻状态参数，F表示两个时刻的状态 转移矩阵；表示系统噪声矩阵；G表示噪声分配矩阵，包含了状态向量相关的方差；
松耦合系统观测方程中输入量Z为位置测量值和速度观测值，方程式为：
Z=；
其中，表示惯导解算出的位置，表示卫星定位的位置，表示惯导解算 出的速度，表示卫星定位计算速度；
最后，利用式（2）和式（3）进行卡尔曼滤波解算，即可得到车辆载体的高精度离散点定位结果；
所述车辆行驶轨迹的里程恢复方法如下：
采用直线连接计算出两点之间的距离，并对局部线段的距离求和得到里程Lp：
Lp= （4）；
其中，i表示第i个定位点，m表示定位点数量n， 分别表示第i+1和第i个点的空间三维坐标；
当所述高精度离散点定位结果存在误差时，还需采用结合车道电子地图的方式，获得局部路段的起点和终点，随后依据与式（4）相同的计算方式获得局部受限路段的里程Lm，最终，基准里程L计算为：
L= Lp+Lm（5）；
将预设的网约车终端计程结果N与式（4）中获得的基准里程L进行对比，即获得网 约车计程误差：。
本发明的网约车计程检测装置，其特征在于，包括
存储器，用于存储非暂时性计算机可读指令；以及
处理器，用于运行所述计算机可读指令，使得所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现上述的网约车计程检测方法。
一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行上述的网约车计程检测方法。
本发明通过GNSS差分与INS组合定位获得高采样、高精度的定位结果，同时结合定位受限环境下的电子地图，恢复精确的里程，从而为网约车终端计程检测提供基准；运用是立足于真实道路环境下的动态检测，与真实网约车行驶环境保持一致，同时结合电子地图，保障组合定位受限时的计程连续性和精确性，提高了计程效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明定位方法的实施流程图；
图2是采用差分GNSS载波定位与INS组合定位的示意图；
图3是道路转弯和变道时里程恢复的局部放大图一；
图4是道路转弯和变道时里程恢复的局部放大图二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本实施例公开的一种网约车计程检测方法，具体步骤如下：
基于卫星导航系统GNSS基准接收机差分定位与惯性系统INS进行组合定位，解算出真实环境下车辆载体的高采样、高精度定位；
利用惯性导航系统INS的运动模型方程，以东北天坐标系为导航坐标系（系）建立 INS位置、速度、姿态误差更新方程，包含15维未知参数（三维位置、三维速度、三维姿态、三 维陀螺零偏、三维加计零偏）：
；
式中，上标·表示微分量，上标和下标中的i、e和b分别表示惯性系、地心地固坐标 系和载体系，n表示导航系（采用东北天坐标系）；、、分别表示位置、速度、姿态误 差向量；表示从惯性坐标系到导航坐标系的刚体旋转矩阵，表示比力向量，表示 在导航系下的重力误差向量，表示从e系到n系的旋转向量， 表示从b系到n系的旋转 矩阵；表示加计在载体坐标系下的偏置，表示陀螺仪在载体坐标系下的偏置。
利用松耦合模型和卡尔曼滤波将GNSS载波差分定位结果（固定解）与INS进行组合定位，包含状态方程和观测方程两部分，其中状态方程为：
；
为当前时刻状态参数，为上一时刻状态参数，F是两个时刻的状态转移矩 阵，是系统噪声矩阵，G是噪声分配矩阵，包含了状态向量相关的方差。
松耦合系统观测方程中输入量Z为位置测量值和速度观测值，即惯导解算出的位 置与卫星定位的位置之差，惯导解算出的速度与卫星定位计算速度之 差：
Z=；
其中，H是系统测量矩阵，表示无噪声时各个状态的线性组合得到观测值。是系 统量测噪声矩阵。
利用式（2）和式（3）进行卡尔曼滤波解算，即可得到车辆载体的高采样、高精度定位结果。
利用高精度离散点定位结果，结合车道电子地图，进行车辆行驶轨迹的里程恢复，作为计程的检测基准；
由于高精度定位结果的采样间隔为200Hz，在正常车载定位速度下（120km以内），5ms间隔的行驶距离最大为0.16m，因此采用直线连接即可较准确地恢复出两点之间的距离，进一步将局部线段的距离求和即可获得里程Lp：
Lp= （4）。
其中，i表示第i个定位点，m表示定位点数量n， 分别表示第i+1和第i个点的空间三维坐标；
利用上述式（4）进行准确里程计算的前提是组合定位的结果较为准确，在经过长隧道、狭长城市峡谷等复杂环境时，组合结果可能也存在较大误差，进而导致里程计算不准，为此，在组合定位方差大于一定的阈值时，结合车道电子地图的方式，获得组合定位受限区域下的局部里程，受限区域的起点和终点，由方差满足精度的最后一个点和受限区域恢复后的第一个点投影至电子地图上的垂直点获得，获得局部路段的起点和终点后，即可依据与上述式（4）相同的计算方式获得局部受限路段的里程Lm，最终算出基准里程L，基准里程L计算为：L= Lp+Lm（5）。
通过将计程基准与网约车终端计程结果进行对比，得到网约车计程误差；
基于预设的网约车终端计程结果N，与式（5）中获得组合导航端计程结果L进行对 比，即可获得相对计程误差：。
如图2所示，采用差分GNSS载波定位与INS组合定位的示意图，包含基准站接收机和流动站端接收机及INS设备。
图3和图4展示了道路转弯和变道时里程恢复的局部放大图，可以看出即使在非直线行驶路段，本发明提出的里程恢复方法同样较为平滑地恢复出了轨迹和里程。
通过导入组合定位结果文件和输入网约车端计程结果，可直接计算出基准里程，从而进一步获得网约车端的计程误差。
本发明另还提供一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行时实现如本实施例中一个或多个的形式化验证方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
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